JP7256453B2

JP7256453B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP7256453B2
Application number: JP2019105387A
Authority: JP
Inventors: 広樹辻合; 謙太後藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2023-04-12
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: WO2020246281A1; JP2020198760A

Description

本発明は、回転電機に関するものである。

例えば、特許文献１には、回転軸が２つ以上の軸受によって回転可能に支持された回転電機が開示されている。

特許第３１５５３６３号公報

本発明者らは、上記のような回転電機において如何に軽量化を実現させるかを検討していた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軽量化を可能にした回転電機を提供することにある。

上記課題を解決する回転電機は、回転軸（１３）を有する回転子（１２）と、内周側で前記回転軸を回転可能に支持する円環状の第１軸受（１６）と、内周側で前記回転軸を回転可能に支持する円環状の第２軸受（１７）と、を備えた回転電機であって、前記第２軸受の外径（Ｄ２）が前記第１軸受の外径（Ｄ１）及び前記回転軸の最大外径（Ｄ３）よりも小さく設定されている。

上記態様によれば、第２軸受を小型化でき、その結果、回転電機の軽量化が可能となる。

実施形態における回転電機の断面図。

以下、回転電機の一実施形態について説明する。
図１に示す本実施形態の回転電機は、ハウジング１０と、ハウジング１０内に固定された円筒状の固定子１１と、固定子１１の径方向内側に回転可能に設けられた回転子１２とを備えている。回転子１２は、回転軸１３と、回転軸１３に一体回転可能に設けられた鉄心１４と、鉄心１４の外周部に設けられた磁石１５とを備えている。ハウジング１０には、回転軸１３を回転可能に支持する円環状の第１軸受１６及び第２軸受１７が固定されている。

回転子１２の鉄心１４は磁性体からなる。本実施形態では、鉄心１４は、金属板からプレス加工により成形された複数の電磁鋼板（図示略）を軸方向に積層した構成を有している。鉄心１４は、回転軸１３に固定された円盤状の基部１４ａと、基部１４ａの外周縁に形成されたヨーク部１４ｂとを有している。ヨーク部１４ｂは、基部１４ａの外周縁から軸方向両側に延びている。また、ヨーク部１４ｂは軸方向視で円環状をなしている。ヨーク部１４ｂの外周面には磁石１５が固定されている。第１軸受１６及び第２軸受１７は、鉄心１４の軸方向両側にそれぞれ配置されている。

また、鉄心１４の軸方向両端部には、軸方向に窪む凹部１４ｃがそれぞれ凹設されている。各凹部１４ｃは、軸方向視において回転軸１３の軸線Ｌを中心とする円環状をなしている。各凹部１４ｃは、基部１４ａの軸方向端面と基部１４ａから軸方向に延びるヨーク部１４ｂの内周面とで形成されている。また、各凹部１４ｃは、磁石１５の内周側に位置している。

回転軸１３は、出力部Ｘが連結される連結部２１と、鉄心１４が固定される鉄心固定部２２と、被支持部２３とを有している。鉄心固定部２２に対する軸方向一方側に連結部２１が配置され、鉄心固定部２２に対する軸方向他方側に被支持部２３が配置されている。

連結部２１は、回転軸１３の軸線Ｌを中心とする円筒状をなしている。連結部２１の外周面は、第１軸受１６に支持される部位として設定されている。鉄心固定部２２は、連結部２１から軸方向に連続する円筒状をなしている。連結部２１と鉄心固定部２２との間の位置には、回転軸１３の外周面から径方向外側に突出する円環状の第１位置決め部２４が形成されている。

第１位置決め部２４の軸方向一端面は、連結部２１に固定された第１軸受１６の内周縁部に軸方向に当接している。また、第１位置決め部２４の軸方向他端面は、鉄心固定部２２に固定された鉄心１４の内周縁部に軸方向に当接している。第１位置決め部２４は、第１軸受１６及び鉄心１４の軸方向の位置決めとして機能する。また、第１位置決め部２４は、第１軸受１６に対して、後述するスラスト力Ｆの方向に当接している。

被支持部２３は、鉄心固定部２２の反出力側（すなわち、連結部２１とは反対側）の位置に形成され、軸線Ｌ方向に延びる円筒状をなしている。被支持部２３の軸方向視の外形は、回転軸１３の軸線Ｌを中心とする円形をなし、その外径は連結部２１の外径よりも小さく設定されている。被支持部２３の外周面は、第２軸受１７に支持される部位として設定されている。

また、回転軸１３において、被支持部２３の軸方向出力側の位置には、第２軸受１７の軸方向の位置決めをする第２位置決め部２５が形成されている。第２位置決め部２５は、第２軸受１７に対して、後述するスラスト力Ｆの反対方向に当接している。なお、回転軸１３において、被支持部２３よりも反出力側（すなわち、連結部２１とは反対側）の位置には、レゾルバ２６が組み付けられている。

第１軸受１６及び第２軸受１７は、転がり軸受または滑り軸受からなる。第１軸受１６及び第２軸受１７は、それらの内周側で回転軸１３を回転可能に支持している。第２軸受１７の外径Ｄ２は、第１軸受１６の外径Ｄ１よりも小さく設定されている。また、第２軸受１７の外径Ｄ２は、回転軸１３の最大外径である第１位置決め部２４の外径Ｄ３よりも小さく設定されている。また、第２軸受１７は、その軸方向の全体が鉄心１４の一方の凹部１４ｃ内に位置している。換言すると、第２軸受１７は、その軸方向の全体が鉄心１４のヨーク部１４ｂの径方向内側に位置している。

本実施形態の作用について説明する。
固定子１１への通電により回転軸１３及び出力部Ｘが一方方向に回転すると、出力部Ｘの回転によって回転軸１３に軸方向一方側へのスラスト力Ｆが発生する。なお、このような、主に一方方向に回転し、その回転に伴い軸方向一方側へのスラスト力Ｆが生じる出力部Ｘの例としては、換気扇や車両のラジエータなどの主に一方方向に送風するファンが挙げられる。そして、回転軸１３に生じたスラスト力Ｆは、回転軸１３の第１位置決め部２４を介して第１軸受１６で受けるように構成されている。

本実施形態の効果について説明する。
（１）第２軸受１７の外径Ｄ２は、第１軸受１６の外径Ｄ１、及び回転軸１３の最大外径（すなわち、第１位置決め部２４の外径Ｄ３）よりも小さく設定されている。これにより、第２軸受１７を小型化でき、その結果、回転電機の軽量化が可能となる。

（２）回転軸１３は、該回転軸１３と一体回転する出力部Ｘが内側に挿入されて連結される筒状の連結部２１を有している。そして、第２軸受１７は、回転軸１３において連結部２１よりも小径をなす被支持部２３を支持する。筒状の連結部２１の内側に出力部Ｘが連結される回転軸１３の構成では、回転軸１３の外径が大きくなりがちである。その点、本実施形態では、連結部２１よりも小径の被支持部２３を回転軸１３に形成し、その被支持部２３を第２軸受１７で支持させる構成とすることで、回転軸１３が筒状の連結部２１を有する構成であっても、第２軸受１７の小径化が可能となる。

（３）出力部Ｘの主となる方向の回転によって回転軸１３に軸方向一方側へのスラスト力Ｆが発生するように構成される。第２軸受１７は、第１軸受１６に対しスラスト力Ｆの方向の後方側に配置されている。そして、回転軸１３には、第１軸受１６に対してスラスト力Ｆの方向に当接する第１当接部としての第１位置決め部２４と、第２軸受１７に対してスラスト力Ｆの反対方向に当接する第２当接部としての第２位置決め部２５とが設けられている。これにより、回転軸１３に生じるスラスト力Ｆの負荷を主に第１軸受１６で受け、小径の第２軸受１７にはスラスト力Ｆの負荷が掛かりにくい構成とすることが可能となる。このため、第２軸受１７が高い強度を必要とせず、その結果、第２軸受１７の小径化が可能となる。

（４）回転子１２の鉄心１４は、該鉄心１４の軸方向端部に凹設された軸方向視で環状の凹部１４ｃを、磁石１５の内周側の位置に有している。そして、第２軸受１７は、鉄心１４の凹部１４ｃ内に位置している。これにより、回転電機の軸方向への小型化に寄与できる。また、第２軸受１７が小径化されているため、第２軸受１７を凹部１４ｃ内に配置しやすくなる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、回転軸１３が中空状をなすが、これに限らず、回転軸１３を中実状に形成してもよい。

・上記実施形態では、回転軸１３の出力側（すなわち連結部２１側）に大径の第１軸受１６を配置し、反出力側に小径の第２軸受１７を配置したが、これに限らず、出力側に小径の第２軸受１７を配置し、反出力側に大径の第１軸受１６を配置してもよい。

・上記実施形態では、第２軸受１７の軸方向の全体が鉄心１４の凹部１４ｃ内に位置しているが、これに限らず、第２軸受１７の軸方向の一部が凹部１４ｃ内に位置する構成としてもよい。

・上記実施形態では、磁石１５がヨーク部１４ｂの外周面に固定されたが、これ以外に例えば、磁石１５がヨーク部１４ｂ内に埋設された構成としてもよい。

１２…回転子、１３…回転軸、１４…鉄心、１４ｃ…凹部、１５…磁石、１６…第１軸受、１７…第２軸受、２１…連結部、２３…被支持部、２４…第１位置決め部（第１当接部）、２５…第２位置決め部（第２当接部）、Ｄ１…第２軸受の外径、Ｄ２…第２軸受の外径、Ｄ３…第１位置決め部の外径（回転軸の最大外径）、Ｘ…出力部、Ｆ…スラスト力。

Claims

回転軸（１３）を有する回転子（１２）と、
内周側で前記回転軸を回転可能に支持する円環状の第１軸受（１６）と、
内周側で前記回転軸を回転可能に支持する円環状の第２軸受（１７）と、
を備え、
前記回転子は、前記回転軸に一体回転可能に固定され、軸方向視で前記回転軸を中心とする円形をなす鉄心（１４）と、前記鉄心の外周部に設けられた磁石（１５）と、を備え、
前記回転軸には、該回転軸と一体回転する出力部（Ｘ）が連結され、
前記出力部の主となる方向の回転によって前記回転軸に軸方向一方側へのスラスト力が発生するように構成された回転電機であって、
前記第１軸受は、前記第２軸受に対して前記スラスト力の方向に配置され、
前記第２軸受の外径（Ｄ２）が前記第１軸受の外径（Ｄ１）及び前記回転軸の最大外径（Ｄ３）よりも小さく設定されており、
前記回転軸には、前記第１軸受に対して前記スラスト力の方向に当接するとともに前記鉄心に対して軸方向に当接している当接部（２４）が設けられ、
前記鉄心は、該鉄心の前記第１軸受側の軸方向端部に凹設された軸方向視で環状の凹部（１４ｃ）を前記磁石の内周側の位置に有し、
前記当接部は、前記第１軸受側の前記凹部内に位置しているとともに、該凹部における軸方向端面に当接している回転電機。
前記回転軸は、該回転軸と一体回転する前記出力部（Ｘ）が内側に挿入されて連結される筒状の連結部（２１）を有し、
前記第２軸受は、前記回転軸において前記連結部よりも小径をなす被支持部（２３）を支持する、請求項１に記載の回転電機。
前記回転軸には、前記当接部（２４）と、前記第２軸受に対して前記スラスト力の反対方向に当接する第２当接部（２５）とが設けられている、請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
前記鉄心は、該鉄心の前記第２軸受側の軸方向端部に凹設された軸方向視で環状の凹部（１４ｃ）を前記磁石の内周側の位置に有し、
前記第２軸受の少なくとも一部が前記凹部内に位置している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。